廣域網(wǎng)技術(shù)課件

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用教程》

第5章廣域網(wǎng)技術(shù)2011.01《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用教程》

第5章廣域網(wǎng)技術(shù)2011.011第5章廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)概述1常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2典型廣域網(wǎng)協(xié)議和技術(shù)3第5章廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)概述1常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2典型廣2第5章廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)概述1常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2典型廣域網(wǎng)協(xié)議和技術(shù)3第5章廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)概述1常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2典型廣35.1廣域網(wǎng)技術(shù)概述1.廣域網(wǎng)的概念廣域網(wǎng)（WAN，WideAreaNetwork）也稱遠(yuǎn)程網(wǎng)。通常跨接很大的物理范圍，所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個(gè)城市或國家，或橫跨幾個(gè)洲并能提供遠(yuǎn)距離通信，形成國際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)一般由主機(jī)（資源子網(wǎng)）和通信子網(wǎng)組成。5.1廣域網(wǎng)技術(shù)概述1.廣域網(wǎng)的概念45.1廣域網(wǎng)技術(shù)概述2.公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)一般廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)都是由公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承擔(dān)。通常，公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是由政府的電信部門建立和管理的，這也是區(qū)別于局域網(wǎng)的重要標(biāo)志之一。許多國家的電信部門都建立了自己的公用分組交換網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)和幀中繼網(wǎng)等，以此為基礎(chǔ)提供電路交換數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)、分組交換數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)、租用電路數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)、幀中繼數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和公用電話網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)等。常用的公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有公用電話交換網(wǎng)PSTN、分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)X.25網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)（FR網(wǎng)）、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)DDN、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN和異步傳輸模式ATM等。5.1廣域網(wǎng)技術(shù)概述2.公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)5第5章廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)概述1常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2典型廣域網(wǎng)協(xié)議和技術(shù)3第5章廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)概述1常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2典型廣65.2常用的廣域網(wǎng)設(shè)備1.廣域網(wǎng)交換機(jī)廣域網(wǎng)交換機(jī)是在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中使用的多端口網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。廣域網(wǎng)交換機(jī)工作在OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層，可以對幀中繼，X.25以及SMDS等數(shù)據(jù)流量進(jìn)行操作。圖5-2是位于廣域網(wǎng)兩端的兩臺路由器通過廣域網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行連接的示意圖。5.2常用的廣域網(wǎng)設(shè)備1.廣域網(wǎng)交換機(jī)75.2常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2.接入服務(wù)器接入服務(wù)器是廣域網(wǎng)中撥入和撥出連接的會聚點(diǎn)。圖5-3說明了接入服務(wù)器如何將多條撥出連接集合在一起接入廣域網(wǎng)。5.2常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2.接入服務(wù)器85.2常用的廣域網(wǎng)設(shè)備3.調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器主要用于數(shù)字和模擬信號之間的轉(zhuǎn)換，從而能夠通過話音線路傳送數(shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)發(fā)送方，計(jì)算機(jī)數(shù)字信號被轉(zhuǎn)換成適合通過模擬通信設(shè)備傳送的形式；而在目標(biāo)接收方，模式信號被還原為數(shù)字形式。4.CSU/DSU信道服務(wù)單元（CSU）/數(shù)據(jù)服務(wù)單元（DSU）類似數(shù)據(jù)終端設(shè)備到數(shù)據(jù)通信設(shè)備的復(fù)用器，可以提供以下幾方面的功能：信號再生，線路調(diào)節(jié)，誤碼糾正，信號管理，同步和電路測試等。5.2常用的廣域網(wǎng)設(shè)備3.調(diào)制解調(diào)器95.2常用的廣域網(wǎng)設(shè)備5.ISDN終端適配器

ISDN終端適配器是用來連接ISDN基本速率接口（BRI）到其它接口，如EIA/TIA-232的設(shè)備。從本質(zhì)上說，ISDN終端適配器就相當(dāng)于一臺ISDN調(diào)制解調(diào)器。6.路由器(Router)

提供諸如局域網(wǎng)互連、廣域網(wǎng)接口等多種服務(wù)。5.2常用的廣域網(wǎng)設(shè)備5.ISDN終端適配器10第5章廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)概述1常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2典型廣域網(wǎng)協(xié)議和技術(shù)3第5章廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)概述1常用的廣域網(wǎng)設(shè)備2典型廣115.3典型廣域網(wǎng)協(xié)議和技術(shù)典型的廣域網(wǎng)協(xié)議和技術(shù)包括公用電話交換網(wǎng)（PSTN）、分組交換網(wǎng)（X.25）、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、幀中繼（FR）、交換式多兆位數(shù)據(jù)服務(wù)（SMDS）和異步傳輸模式（ATM）等。下面我們將簡單介紹幾種常用的PPP、ISDN、ATM、幀中繼、SDH和PPPOE等廣域網(wǎng)技術(shù)和協(xié)議。5.3典型廣域網(wǎng)協(xié)議和技術(shù)典型的廣域網(wǎng)協(xié)議和技術(shù)包括公用125.3.1PPP協(xié)議1.PPP協(xié)議的特點(diǎn)1)能夠控制數(shù)據(jù)鏈路的建立。

2)能夠?qū)P地址進(jìn)行分配和使用。

3)允許同時(shí)采用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。

4)能夠配置和測試數(shù)據(jù)鏈路。

5)能夠進(jìn)行錯(cuò)誤檢測。

6)有協(xié)商選項(xiàng)，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)層的地址和數(shù)據(jù)壓縮等進(jìn)行協(xié)商。5.3.1PPP協(xié)議1.PPP協(xié)議的特點(diǎn)135.3.1PPP協(xié)議2.PPP的功能和層次結(jié)構(gòu)(1)PPP的功能PPP主要實(shí)現(xiàn)以下3部分功能：1)在串行鏈路上封裝數(shù)據(jù)報(bào)的方法：PPP采用高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）作為在點(diǎn)對點(diǎn)的鏈路上封裝數(shù)據(jù)報(bào)的基本方法。2)鏈路控制協(xié)議LCP（LinkControlProtocol）用于啟動(dòng)線路、測試、任選功能的協(xié)商及關(guān)閉連接。3)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（NetworkControlProtocol）用來建立和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。PPP協(xié)議允許同時(shí)采用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，如IP協(xié)議、IPX協(xié)議和DECnet協(xié)議。PPP協(xié)議使用NCP對多種協(xié)議進(jìn)行封裝。5.3.1PPP協(xié)議2.PPP的功能和層次結(jié)構(gòu)145.3.1PPP協(xié)議(2)PPP中各層的功能

PPP協(xié)議由層次結(jié)構(gòu)組成見表5-1。5.3.1PPP協(xié)議(2)PPP中各層的功能155.3.1PPP協(xié)議3.PPP會話建立的過程1)鏈路的建立和配置協(xié)調(diào)：通信的發(fā)起方發(fā)送LCP幀來配置和檢測數(shù)據(jù)鏈路，主要用于協(xié)商選擇將要采用的PPP參數(shù)，包括身份驗(yàn)證、壓縮、回叫、多鏈路等。2)鏈路質(zhì)量檢測：在鏈路建立、協(xié)調(diào)之后，這一階段是可選的。3)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置協(xié)調(diào)：通信的發(fā)起方發(fā)送NCP幀以選擇并配置網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。配置完成后，通信雙方可以發(fā)送各自的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)。4)關(guān)閉鏈路：通信鏈路將一直保持到LCP或NCP幀關(guān)閉鏈路，或者是發(fā)生一些外部事件（如空閑時(shí)間超長或用戶干預(yù)）。5.3.1PPP協(xié)議3.PPP會話建立的過程165.3.1PPP協(xié)議4.PAP和CHAP原理PPP提供了兩種可選的身份認(rèn)證方法：口令驗(yàn)證協(xié)議（PasswordAuthenticationProtocol，PAP）和質(zhì)詢握手協(xié)議（ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol，CHAP）。

(1)PAP(2)CHAP5.3.1PPP協(xié)議4.PAP和CHAP原理175.3.2ISDN技術(shù)1.ISDN概述ISDN（IntegratedServiceDigitalNetwork）是一種由交換機(jī)和數(shù)字信道構(gòu)成，可提供語音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合業(yè)務(wù)信息傳輸?shù)臄?shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。它可以使用戶通過一條通信線路獲得各種電信服務(wù)。ISDN有三個(gè)基本特征：1)端到端的數(shù)字連接。2)綜合的業(yè)務(wù)。3)標(biāo)準(zhǔn)的入網(wǎng)接口（兩種速率標(biāo)準(zhǔn)—基本速率和基群速率）。5.3.2ISDN技術(shù)1.ISDN概述185.3.2ISDN技術(shù)2.N-ISDN和B-ISDNITU-T（國際電聯(lián)電信標(biāo)準(zhǔn)化部分）在N-ISDN基礎(chǔ)上提出寬帶ISDN（B-ISDN）的系列建議，它是一種信道速率超過主群接口速率的系統(tǒng)。因?yàn)樵谑褂弥?Mbps的速率很難滿足用戶的要求。

B-ISDN以光纖為傳輸介質(zhì)，傳輸速率可達(dá)155Mbps、622Mbps，甚至高達(dá)幾Gbps。各種不同速率業(yè)務(wù)都能以同樣的方式在B-ISDN網(wǎng)絡(luò)中傳輸。為了實(shí)現(xiàn)B-ISDN功能，ITU-T定義了一種新型的快速傳輸技術(shù)--異步傳輸模式ATM作為其核心技術(shù)。B-ISDN也是將各種業(yè)務(wù)（如語音、數(shù)據(jù)、圖像、動(dòng)畫等）綜合在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸，它包含N-ISDN的所有業(yè)務(wù)功能。5.3.2ISDN技術(shù)2.N-ISDN和B-ISDN195.3.3ATM技術(shù)ATM具有如下特點(diǎn)：◆面向連接的快速（信元）交換?！艟C合了線路交換--實(shí)時(shí)性好（節(jié)點(diǎn)延遲?。┖头纸M交換--靈活性好（動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源）的優(yōu)點(diǎn)。◆支持不同速率的數(shù)據(jù)傳輸，滿足實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)和突發(fā)性業(yè)務(wù)要求?！糁С侄嗝襟w信息傳輸（業(yè)務(wù)綜合化）?！舴?wù)質(zhì)量QoS高。5.3.3ATM技術(shù)ATM具有如下特點(diǎn)：205.3.3ATM技術(shù)1.信元結(jié)構(gòu)ATM以信元為基本信息傳輸單位。信元是一種短的固定長度的數(shù)據(jù)分組，由信元頭和信元體組成。信元固定為53字節(jié)，其中5個(gè)字節(jié)為信元頭，用來承載信元的控制信息，它可以標(biāo)志不同的信道和優(yōu)先級等控制信息；48字節(jié)為信元體用來承載用戶要分發(fā)的信息。信元體中可是任何類型的信息。這種短小而固定的信元傳輸可以縮小網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲；長度固定的信元首部，可以只用硬件電路對信元進(jìn)行處理，減少節(jié)點(diǎn)對信元的處理時(shí)間。5.3.3ATM技術(shù)1.信元結(jié)構(gòu)215.3.3ATM技術(shù)2.信元種類信元種類有：◆普通信元：承載用戶信息?！粜帕钚旁撼休d控制信息?！艟S護(hù)信元：承載運(yùn)行和維護(hù)信息?！艨臻e信元：填充空閑信道。5.3.3ATM技術(shù)2.信元種類225.3.3ATM技術(shù)3.ATM交換原理ATM雖然用信元作為信息轉(zhuǎn)移的基本單位，但仍然是一種面向連接的轉(zhuǎn)移模式。各信元在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的流動(dòng)不是獨(dú)立的，它們以連接為單位進(jìn)行路由選擇，即屬于同一連接的信元具有相同的轉(zhuǎn)移路徑。當(dāng)然這種連接不同于電路交換系統(tǒng)那樣的實(shí)電路連接，而是與分組交換相似的虛電路連接（邏輯連接）。為便于管理，ATM的虛電路被分為兩個(gè)級別：虛通道VC（VirtualChannel）和虛通路VP（VirtualPath）。相應(yīng)的連接有VC連接（VCC）和VP連接（VPC），每個(gè)連接都由轉(zhuǎn)移點(diǎn)和點(diǎn)與點(diǎn)之間的鏈路構(gòu)成。用戶終端一般是VCC的端點(diǎn)，而在VCC的轉(zhuǎn)移點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)VC交換或交叉連接。VCC的轉(zhuǎn)移點(diǎn)一般又是VPC的端點(diǎn)，在VPC的轉(zhuǎn)移點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)VP交換或交叉連接。5.3.3ATM技術(shù)3.ATM交換原理235.3.3ATM技術(shù)4.ATM網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用ATM可應(yīng)用于如下四個(gè)方面：

1)ATMLAN，用于計(jì)算機(jī)工作站、高速或多媒體計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)，提供高速數(shù)據(jù)和視頻更信業(yè)務(wù)。

2)作為骨干網(wǎng)絡(luò)或中繼網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)LAN、PABX、WAN等的互連以便于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互通。

3)現(xiàn)有大型數(shù)字程控交換機(jī)中的寬帶ATM交換模塊，支持高速數(shù)據(jù)和視頻通信業(yè)務(wù)，并逐步向B-ISDN過渡。

4)在將來的B-ISDN中，作為其統(tǒng)一的信息轉(zhuǎn)移模式。鑒于現(xiàn)有電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)是一筆巨大的資產(chǎn)，不可能很快淘汰，而ATM也存在著如何經(jīng)濟(jì)地支持電話業(yè)務(wù)等問題，B-ISDN的普遍實(shí)現(xiàn)還需要經(jīng)歷相當(dāng)長的時(shí)間。5.3.3ATM技術(shù)4.ATM網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用245.3.4幀中繼協(xié)議1.幀中繼技術(shù)原理及特點(diǎn)(1)技術(shù)原理當(dāng)分組到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)，直接“穿越”節(jié)點(diǎn)被轉(zhuǎn)接到輸出鏈路上，減少和避免節(jié)點(diǎn)對分組的存儲和處理時(shí)間。而將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的差錯(cuò)控制、流量控制和糾錯(cuò)重發(fā)等處理放在終端系統(tǒng)進(jìn)行。幀中繼可以看作是由對X.25協(xié)議的簡化和改進(jìn)而得。幀中繼簡化了網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層的功能，它不設(shè)分組級，而是以鏈路級的幀為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)多條鏈路的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)計(jì)復(fù)用（所以叫幀中繼）。5.3.4幀中繼協(xié)議1.幀中繼技術(shù)原理及特點(diǎn)255.3.4幀中繼協(xié)議(2)幀中繼特點(diǎn)

1)具有統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用和虛電路的優(yōu)點(diǎn)。

2)簡化了網(wǎng)絡(luò)功能，減少了網(wǎng)絡(luò)開銷，因此提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，降低了網(wǎng)絡(luò)延遲，增大了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。（向用戶提供64Kbps～2.048Mbps，甚至10Mbps的接入速率，最多可達(dá)45Mbps）。

3)幀中繼的幀長度可變（1.6～2KB），比X.25長，非常適合LAN業(yè)務(wù)。

4)提供動(dòng)態(tài)的帶寬管理和差控機(jī)制，適于傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)。

5)采用面向連接的虛電路方式，可提供交換式虛電路和永久性虛電路業(yè)務(wù)。5.3.4幀中繼協(xié)議(2)幀中繼特點(diǎn)265.3.4幀中繼協(xié)議2.幀中繼層次結(jié)構(gòu)幀中繼網(wǎng)絡(luò)在鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，只保留了幀檢錯(cuò)功能，遇到有差錯(cuò)的幀就簡單地拋棄，而不進(jìn)行差錯(cuò)糾正、重發(fā)和流量控制等，這些相應(yīng)的功能由端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。因此，幀中繼簡化掉了分組級（網(wǎng)絡(luò)層），并簡化了鏈路層功能。幀中繼網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)也比OSI/RM簡單幀中繼標(biāo)準(zhǔn)只提供鏈路層和物理層的規(guī)格參數(shù)，而它獨(dú)立于高層協(xié)議，因此，可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)幀中繼業(yè)務(wù)。5.3.4幀中繼協(xié)議2.幀中繼層次結(jié)構(gòu)275.3.4幀中繼協(xié)議3.幀中繼的幀格式幀中繼的幀格式與HDLC相似，但無控制字段，因此，幀中繼只有數(shù)據(jù)幀。標(biāo)志字段與HDLC相同；地址字段較復(fù)雜，由2個(gè)字節(jié)組成；信息字段長度可變，說明幀中繼幀的長度是可變的；FCS字段構(gòu)成與HDLC同，但只能檢錯(cuò)，無糾錯(cuò)功能。

4.幀中繼的應(yīng)用幀中繼業(yè)務(wù)應(yīng)用十分廣泛，以下是幾個(gè)實(shí)際中應(yīng)用的永久性虛電路業(yè)務(wù)的例子。

(1)圖像傳輸

(2)虛擬專用網(wǎng)

5.3.4幀中繼協(xié)議3.幀中繼的幀格式285.3.5SDH技術(shù)1.SDH的概念2.SDH的產(chǎn)生背景3.SDH的基本傳輸原理4.SDH的特點(diǎn)5.SDH的應(yīng)用6.SDH的發(fā)展趨勢5.3.5SDH技術(shù)1.SDH的概念295.3.6PPPOE協(xié)議1.PPPoverEthernet協(xié)議

1998年后期問世的以太網(wǎng)上點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議（PPPoverEthernet）技術(shù)是由Redback網(wǎng)絡(luò)公司、客戶端軟件開發(fā)商RouterWare公司以及Worldcom子公司UUNETTechnologies公司在IETFRFC的基礎(chǔ)上聯(lián)合開發(fā)的。通過把最經(jīng)濟(jì)的局域網(wǎng)技術(shù)-以太網(wǎng)和點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議的可擴(kuò)展性及管理控制功能結(jié)合在一起，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商和電信運(yùn)營商便可利用可靠和熟悉的技術(shù)來加速部署高速互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。它使服務(wù)提供商在通過數(shù)字用戶線、電纜調(diào)制解調(diào)器或無線連接等方式，提供支持多用戶的寬帶接入服務(wù)時(shí)更加簡便易行。同時(shí)該技術(shù)亦簡化了最終用戶在動(dòng)態(tài)地選擇這些服務(wù)時(shí)的操作。5.3.6PPPOE協(xié)議1.PPPoverEthe305.3.6PPPOE協(xié)議2.PPPoverEthernet基本幀格式建立一個(gè)以太網(wǎng)上點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議會話包括兩個(gè)階段：1)發(fā)現(xiàn)（Discovery）階段。在Discovery過程中用戶主機(jī)以廣播方式尋找可以連接的所有的接入集線器，并獲得其以太網(wǎng)MAC地址。然后選擇需要連接的主機(jī)并確定所要建立的PPP會話識別標(biāo)號。2)PPP會話階段。用戶主機(jī)與接入集線器根據(jù)在發(fā)現(xiàn)階段所協(xié)商的PPP會話連接參數(shù)進(jìn)行PPP會話。5.3.6PPPOE協(xié)議2.PPPoverEthe315.3.6PPPOE協(xié)議3.發(fā)現(xiàn)（Discovery）階段的詳細(xì)介紹一個(gè)典型的發(fā)現(xiàn)（Discovery）階段共包括4個(gè)步驟：

1)主機(jī)發(fā)出PPPOE有效發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)（PADI）包。以太網(wǎng)目的地址為廣播地址0xffffffffffff，CODE字段為0x09，SESSION_ID為0x0000。PADI包必須至少包含一個(gè)服務(wù)名稱類型的標(biāo)簽（標(biāo)簽類型字段為0x0101），向接入集線器提出所要求提供的服務(wù)。

2)接入集線器收到在服務(wù)范圍內(nèi)的PADI包后，發(fā)送PPPOE有效發(fā)現(xiàn)提供（PADO）包以響應(yīng)請求。其CODE字段為0x07，SESSION_ID仍為